오픈소스 하드웨어, 리눅스 유산에 필적할 수 있을까?

올해는 리눅스 커널 출시 30주년으로, 오픈소스 소프트웨어 운동의 초석이다. 자유롭게 사용 가능한 커널 코드는 수백 개의 견고하고 안정적이며 유연한 리눅스 배포판을 촉진해 혁신과 신뢰성의 유산을 창조했다.

이 성공을 고려할 때, 같은 오픈소스 철학을 하드웨어에 적용할 수 있을까? RISC-V 같은 명령어 집합 아키텍처(ISA)가 리눅스가 소프트웨어에 했던 역할을 하드웨어에 할 수 있을까? 오픈소스 실리콘의 확산을 위한 기반이 될 수 있을까?

답은 예이기도 하고 아니오이기도 하다.

RISC-V는 확실히 개방형 표준으로, 제품을 둘러싸는 데 필요한 자유, 유연성, 속도를 제공한다. 그러나 하드웨어는 본질적으로 더 복잡하며 스택의 여러 레이어를 포함하므로 소프트웨어 패키지 배포만큼 단순하지 않다.

이 질문을 탐구하기 위해 RISC-V 생태계 주요 이해관계자(OpenHW Group, RISC-V International, NXP 세미컨덕터스, Andes Technology)를 조사했다. 그들의 통찰은 오픈소스 소프트웨어와의 유사성, 하드웨어 채택 장벽, 활기찬 커뮤니티와 생태계의 중요성을 강조한다.

품질과 지원 생태계가 핵심

OpenHW Group 회장 겸 CEO 릭 오코너(Rick O'Connor)는 RISC-V를 리눅스 커널에 비유했다: "RISC-V ISA는 리눅스 초기 커널이었던 것과 같으며, 다른 오픈소스 소프트웨어 프로젝트들이 거기서 싹텄습니다." 그는 ISA가 하드웨어 생태계가 자라날 씨앗이라고 덧붙였다.

릭 오코너

오코너는 품질이 여전히 중요한 장벽이라고 경고한다. "대용량 SoC 기업에서 일한다면 대학에서 파생된 코어를 단순히 채택해 양산 준비됐다고 선언할 수 없습니다." 이를 해결하기 위해 OpenHW Group은 품질과 신뢰성을 입증하는 오픈 검증 흐름을 옹호해 대용량 제조사가 자체 개발과 동등한 확신을 갖게 한다.

그는 RISC-V International(ISA 사양을 감독하는 재단)에 대한 오해도 해명한다. "재단은 코어 개발이 아닌 ISA 정의를 담당합니다. 채택은 상업적, 오픈소스, 클로즈드소스, 영리, 비영리일 수 있으며 다양한 로직 캡처 언어를 지원합니다."

오코너는 OpenHW Group 초점이 코어 설계를 넘어선다고 강조한다. "우리는 이종 클러스터 컴퓨팅을 위한 아티팩트 개발 중이며, 다양한 SoC 크기, 다른 코어 타입 클러스터링, 가속기, 커스텀 블록을 가능하게 합니다." 이는 누구나 계약 제약 없이 코어를 조립할 수 있게 한다는 RISC-V 약속과 일치한다.

그는 ISA가 이미 "혁신의 새로운 프론티어"를 열었다고 지적한다. 개발자가 처음부터 구축할 수 있게 한다. "우리의 과제는 RISC-V 주변에 5~6개 지속 가능한 코어 패밀리를 확립하는 것입니다."

롭 오샤나(Rob Oshana)

NXP 세미컨덕터스 R&D 소프트웨어 엔지니어링 부사장 롭 오샤나(Rob Oshana)는 평행을 그린다: "리눅스는 수천 개발자가 리눅스 커널 아카이브를 통해 협력적으로 기여하는 실제 소스 코드입니다." 그는 RISC-V International이 구현체가 아닌 사양을 소유하며, OpenHW Group이 리눅스 재단처럼 무료, 오픈, 로열티 프리 구현체와 부수 자료를 제공해 간극을 메운다고 강조한다.

단순 사양 아닌 커뮤니티 지원이 필수

오픈소스는 커뮤니티 참여로 번성한다. "깃 리포지토리에 무언가 올리고 '오픈'이라고 부르는 것만으로는 충분하지 않습니다." 오샤나가 주장한다. "커뮤니티가 프로젝트를 육성하고 돌보고 성장시켜야 합니다." 그는 OpenHW Group 코어들이 코어, 보드, 소프트웨어, 레퍼런스 플랫폼 구축의 집단적 노력 덕분에 성공한다고 지적한다.

오샤나는 지속적 엔지니어링 투자와 모범 사례를 요구한다. "각 배포판은 고유하겠지만 성공은 신뢰할 수 있는 하드웨어 기반 도구 세트와 명확한 메인테이너 역할에 달려 있습니다. 리눅스 업스트리밍 과정과 유사합니다."

마크 히멜스타인(Mark Himelstein)

RISC-V International CTO 마크 히멜스타인(Mark Himelstein)도 이에 공감한다: "리눅스 채택이 기술적 우월성만 때문이 아니었습니다. 커뮤니티와 지원이었습니다. RISC-V로 우리는 하드웨어의 리눅스가 되는 궤도에 올랐다고 믿습니다."

하드웨어는 소프트웨어보다 복잡하다

하드웨어의 다중 레이어 스택이 복잡성을 더한다. "오늘날 실리콘 볼륨 95% 이상이 Verilog 기반 툴 플로와 상용 검증 인프라로 생산·검증됩니다." 오코너가 지적한다. "채택을 장려하려면 코어가 기존 상용 툴 체인에 원활하게 통합돼야 합니다."

SoC 벤더들은 일반적으로 SystemVerilog UVM(Universal Verification Methodology)을 사용한다. "우리는 새로운 방법론을 강요하지 않을 것입니다." 오코너가 말한다. "오픈 블록의 RTL 채택을 원한다면 친숙한 UVM 환경에 드롭인돼야 합니다."

그는 실리콘 제조의 물리학(공정 레시피, 라이브러리, CAD 툴, GDSII 마스크, 검증 소프트웨어)이 모두 강력하게 특허로 보호된다고 강조한다. "상업 기업이 전체 스택을 오픈소스 구현으로 대체하는 것은 현실적이지 않습니다."

OpenHW Group 창립자들은 RISC-V 코어용 독점 생태계 구축 대신, 이종 클러스터와 커스텀 가속기를 용이하게 하는 오픈 하드웨어 빌딩 블록을 제공하면서 상용 툴을 활용해 높은 신뢰도를 보장하는 것을 목표로 한다.

오코너는 오픈소스 FPGA가 곧 등장하고, 그 뒤를 이어 오픈소스 SoC가 나올 것이라고 예측한다.

상업적 관점

안데스 테크놀로지(Andes Technology)는 상업 기업이 오픈소스 인프라를 통합하는 방법을 보여준다. 대만 기업은 여러 RISC-V 프로세서를 출시하고 고객 구현을 발표했다.

SK텔레콤과 르네사스용 코어 설계 외에도 안데스는 최근 스타트업 에지큐(EdgeQ)가 5G 기지국 칩 개발에 안데스 라이선스 RISC-V 코어에 커스텀 확장을 결합해 AI 통합 오픈 프로그래머블 5G 플랫폼을 제공할 것이라고 밝혔다. 확장으로 에지큐는 현재 무선 솔루션에 없는 성능, 기능, 전력을 위한 명령어 세트 맞춤화가 가능하다.

프랭크웰 린(Frankwell Lin)

린은 설명한다: "RISC-V는 하드웨어 기술용 오픈소스 ISA이지 오픈 코어가 아닙니다. 기업들은 표준에 협력하지만 비즈니스에서 경쟁합니다." 그는 안데스가 10년 독점 코어 전문성과 90% RISC-V 개발 전환을 균형 잡는다고 덧붙였다.

린은 하드웨어에 다른 개방형 표준(Verilog, PCIe, USB, OpenCL, OpenCV, 블루투스, Wi-Fi)도 존재하며, 종종 업계 리더들이 합의한다고 언급한다. 더 많은 오픈 하드웨어 툴 등장으로 리눅스 커널 같은 재단이 채택을 촉진할지 질문이 남는다. 커뮤니티 참여와 기업 기여가 필수적이다.

그럼에도 설계 툴과 생산 장비에 대한 막대한 투자는 오픈소스 하드웨어를 도전적 제안으로 만든다. 하드웨어 블록은 각 설계 레이어의 더 큰 복잡성을 관리하기 위해 기존 툴체인과 통합돼야 한다.

>> 본 기사는 자매 사이트인 EE Times에 원문 게재되었습니다.

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